热致液晶聚酯/聚醚醚酮复合纤维的制备与表征

将热致液晶聚酯(VA)与聚醚醚酮(PEEK)共混后,通过熔融纺丝制备了热致液晶聚酯/聚醚醚酮复合纤维,并对复合纤维的热性能、聚集态结构、相态结构和力学性能进行了研究。结果表明,VA的加入能够降低PEEK纤维的玻璃化温度和冷结晶温度,同时PEEK的结晶温度也随着VA的加入而升高;VA的加入有利于提高PEEK的结晶性能,使得PEEK晶粒尺寸变大,晶面间距变小,晶体更加完善,晶区取向增强;随着VA添加量的增大,VA相逐渐由球状或椭球状向微纤状变化;随着喷丝头拉伸比的增大,VA相的长径比呈现先增大后减小的趋势;添加1%和2%的VA后,复合纤维的断裂强度有少许下降,而当VA的添加量增大到4%后,复合纤维的总拉伸倍数提高,并且断裂强度有一定的提升。     

全拉伸及传统两步法聚苯硫醚纤维的结构性能比较

分别通过熔融纺丝方法制备了全拉伸聚苯硫醚(FD-PPS)纤维和传统两步法聚苯硫醚(TS-PPS)纤维,并采用差示扫描量热分析仪、广角X射线衍射、二维广角X射线衍射等表征手段分析了2种方法制得的PPS纤维内部结构、热性能、结晶行为、力学性能及尺寸稳定性上的差异。结果表明,在相同总拉伸倍数下,FD-PPS纤维的总取向度略低于TSPPS;FD-PPS纤维的结晶度较大,但其纤维内部的晶体平均完善程度更差。FD-PPS纤维可以达到甚至超过TS-PPS纤维的断裂强度,但FD-PPS纤维的干热收缩率和耐热水收缩率都较大,尺寸稳定性还需进一步改善。     

纺丝速度对聚苯硫醚纤维结构与性能的影响

通过熔融纺丝方法制备了不同纺丝速度的聚苯硫醚(PPS)纤维,并采用差示扫描量热仪、声速仪、电子单纱强力仪等对比研究了不同纺速制备的初生纤维和成品丝可纺性、结晶行为、取向程度、力学性能以及尺寸稳定性的差异。结果表明,在熔融纺丝过程中,不同的纺速对聚苯硫醚纤维结构与性能有很大影响。随着纺速的增加,通过调整徐冷温度和牵伸倍数保证了良好的可纺性,并且PPS纤维的取向度、结晶度和断裂强度均呈现先增加后降低的趋势,而尺寸稳定性随纺速的提高出现先下降后升高的趋势;PPS初生纤维的各项性能与成品丝的变化趋势一致。纤维的结构与性能在纺速为880m/min左右时达到最佳,断裂强度达到3.33cN/dtex。     

辐射接枝改性对UHMWPE纤维性能的影响

采用预辐射接枝聚合方法制备了丙烯酸甲酯(MA)接枝改性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE-g-PMA)纤维。研究了接枝率对UHMWPE纤维结构和力学性能的影响。红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)测试显示,UHMWPE纤维上接枝了PMA分子链。UHMWPE-g-PMA纤维结晶度随接枝率增大而降低;PMA接枝链对UHMWPE纤维的正交晶相无影响,但对单斜晶相和中间相影响明显。UHMWPE-g-PMA纤维的拉伸断裂强度随吸收剂量增大而减小,但不随接枝率变化;拉伸断裂伸长率随吸收剂量增大而减小,随接枝率升高而增大。接枝前后UHMWPE纤维的水接触角测试结果显示,随着接枝率的增加,UHMWPE-g-PMA纤维与水的接触角减小。     

聚乙二醇增塑醋酸纤维素中空纤维膜的制备与性能

以聚乙二醇为增塑剂,采用熔融纺丝-拉伸法制备了具有海绵状孔结构的二醋酸纤维素(CA)中空纤维均质膜。通过场发射扫面电子显微镜、纯水通量、泡点孔径、孔隙率及力学性能测试讨论了成孔剂含量和拉伸条件对CA中空纤维膜结构和性能的影响。结果表明,随拉伸倍数和成孔剂含量提高,膜内外表面孔径均增大,孔隙率提高,通透性改善。随成孔剂含量提高,中空纤维膜断裂强度和断裂伸长率均降低;随拉伸倍数提高,中空纤维膜断裂强度提高而断裂伸长率降低。当成孔剂含量为55%,拉伸倍数为2.25时,所得膜性能较好,膜纯水通量为186.44 L/(m2·h),断裂强度为5.47MPa,断裂伸长率为5.30%。     

热定型工艺对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维结构和性能的影响

将PVA水溶液与PEDOT∶PSS水分散液共混,制备出混合均匀的PVA/PEDOT∶PSS混合纺丝液,通过改变湿法纺丝后处理工艺中的热定型制备出不同热定型温度下的PVA/PEDOT∶PSS共混导电纤维。探究了热定型工艺对共混纤维结构和性能的影响,并分析了影响机理。借助红外光谱分析仪(FT-IR),X射线衍射仪(XRD),高阻计,电子单纤维强力仪和扫描电子显微镜(SEM)对共混纤维进行测试表征。结果表明:热定型温度对共混纤维的结晶性能,导电性能,拉伸力学性能,表面形貌及热稳定性均有一定程度的改善。随着热定型温度的升高,纤维大分子链的结晶程度逐渐完善,形成择优取向不明显的多晶结构;纤维电导率逐渐提高;纤维的拉伸断裂强度逐渐升高,拉伸断裂伸长逐渐降低;纤维表面的沟槽数量减少,沟槽的均匀性及平行度提高,纤维表面形貌得到改善。     

聚偏氟乙烯融纺纤维的制备与表征研究

首先对聚偏氟乙烯(PVDF)树脂粉料性能进行研究,发现PVDF树脂切片熔点为169.6℃;其熔融指数随着温度的升高逐渐增大;在此基础上,利用双螺杆挤出机及后道纺丝设备成功进行了PVDF机械牵伸纤维的制备并对其进行表征,结果表明:PVDF单丝线密度可到9.6tex,随拉伸强度增大,断裂强度呈现增大趋势,断裂伸长则呈现先增大后减小的趋势,结晶度在一定范围内有增大趋势,同时牵伸有助于晶型从α相向β相转变。当牵伸倍数为5倍时,可获得断裂强度达29.8cN/tex的PVDF单丝。     

纵向拉伸工艺对聚酯热收缩膜拉伸强度和收缩率的影响

本文研究了纵向拉伸工艺对于聚酯热收缩膜纵向拉伸强度和收缩率的影响。研究表明:随着纵向拉伸倍数的增大,纵向拉伸强度提高,纵向收缩率也随着增大;纵向拉伸温度越高,拉伸强度先增大后降低,在玻璃化转变温度区间达到最大值;纵向拉伸间隙越大,纵向收缩率越大;纵向定型区温度在小倍数拉伸下对于纵向收缩率影响影响较小,几乎无变化。     

后拉伸对大直径TPEE单丝力学性能的影响

针对热塑性聚酯弹性体(TPEE)可纺性差、冷却成形难,成纤综合力学性能不稳定等问题,采用熔融纺丝、液体冷却的方式制备了TPEE单丝。通过二次通用旋转组合设计实验方案,研究了拉伸温度、拉伸倍数、热定型温度等后拉伸工艺对大直径TPEE单丝力学性能的影响。结果表明:拉伸倍数是影响TPEE单丝力学性能的主要因素,热定型温度的影响其次,拉伸温度的影响最低;当拉伸温度为63℃,拉伸倍数为4.5,热定型温度为161℃时,得到TPEE单丝力学性能的局部最优解,其断裂强度为2.6468cN/dtex,断裂伸长率为63.24%,弹性回复率为99.96%。     

短纤维增强发泡橡胶复合材料高低温拉伸性能

为开发新型耐高温和耐低温材料提供理论依据,对同一发泡率、不同纤维体积分数和同一纤维体积分数、不同发泡率的锦纶短纤维增强发泡橡胶复合材料(以下简称 SFRFRC)在213～398 K温度下的拉伸性能进行测试。结果表明：常温下,增大短纤维体积分数和减小发泡率均能提高材料的拉伸性能;在不同温度下,短纤维增强发泡橡胶复合材料的初始模量、断裂强度均随着温度的升高而减小,而断裂伸长率随着温度的升高先增大后减小,玻璃化转变温度在213～233 K之间。同时,短纤维的添加虽未改变SFRFRC的玻璃化转变温度,但使玻璃化转变温度范围变宽。温度为398 K时,SFRFRC的初始模量、断裂强度、断裂伸长率均达到最低值,这与橡胶的硫化温度有关,橡胶的硫化温度为423 K,越接近硫化温度,SFRFRC的拉伸性能就越差。     

聚苯硫醚纤维热定型过程中的热收缩机理

采用声速仪、偏光显微镜、差示扫描量热仪(DSC)和动态热机械分析仪(DMA)对热定型过程中聚苯硫醚纤维的热收缩进行研究,探索了此过程中聚苯硫醚纤维的收缩机理。实验结果表明,纤维热收缩速率在其玻璃化转变温度附近达到最大值,其收缩过程在冷结晶温度之前基本完成;温度高于冷结晶温度之后,纤维体系中发生晶粒生长和晶体完善等晶区结构变化,这在一定程度上限制了纤维的进一步收缩。     

基于Morris方法的纤维复合材料结构件固化均匀性的全局灵敏度分析

纤维增强树脂基复合材料结构件的残余应力问题是制约其在航空航天、汽车和建筑领域大规模应用的关键问题。复合材料固化过程中温度场和固化度场的非均匀性是引起残余热应力和固化收缩应力的重要因素。为了探讨纤维复合材料结构件在固化成型过程中固化工艺温度、热传导系数、对流换热系数及结构件厚度对固化均匀性的敏感程度,采用数值模拟分析了这4个关键参数对温度场和固化度场均匀性的影响规律。模拟结果表明:升高固化工艺温度,复合材料温度场的非均匀性增大,固化度场的非均匀性减小;增大对流换热系数和热传导系数,复合材料温度场和固化度场的非均匀性减小;增加复合材料结构件的厚度,复合材料温度场和固化度场的非均匀性增大。在此基础上,应用Morris全局灵敏度分析方法对4个关键参数对复合材料固化均匀性的影响程度进行定量分析,得到固化均匀性的影响因素按灵敏程度由大到小的顺序为:结构件厚度、热传导系数、固化工艺温度、对流换热系数。     

湿热环境对碳纤维增强聚苯硫醚层合板感应焊接接头性能的影响

以碳纤维增强聚苯硫醚(Carbon fiber reinforced polyphenylene sulfide, CF/PPS)复合材料层合板为研究对象,采用感应焊接方法对CF/PPS层板进行了焊接,重点研究了湿热环境对CF/PPS层板焊接接头性能的影响,实验结果表明:吸湿前后PPS树脂未发生化学变化;室温环境下,随着吸湿时间的增加,焊接接头剪切强度逐渐下降,与干态焊接接头相比分别降低了15%、18%、23%、32%和38%,不锈钢网-树脂基体-碳纤维界面处的湿应力不断增大,削弱了焊接接头界面的结合性能,影响了焊接接头的失效形式;120℃环境下,不同吸湿时间焊接接头剪切强度的下降率分别为12%、15%、22%、37%和44%,高温高湿使不锈钢网-树脂基体-碳纤维界面处热应力和湿应力增大,加剧了界面结合的损伤,界面脱粘成为焊接接头主要的失效形式。      

拉伸取向自增强左旋聚乳酸的结构与性能

采用X射线衍射(WAXD)、小角X射线散射(SAXD)、差示扫描量热(DSC)、场发射扫描电镜(ESEM)和万能材料试验机等对左旋聚乳酸(PLLA)在不同拉伸比条件下的结构与性能进行了研究。结果表明,样品拉伸比从0增大到6,结晶度从3%增大到30.8%,微晶尺寸从0.9 nm增大到3.43 nm,(200)晶面的长周期从50.2 nm增大到66.1 nm,样品取向度也增高;二维SAXD结果显示,随着样品拉伸比的增大,散射圆弧不对称性程度增大,表明随着拉伸比的增大,样品取向度越高。拉伸使PLLA出现了纤维取向结构,拉伸强度、冲击强度同时增大,断裂伸长率则明显减小。     

PVA热收缩包装薄膜的研究与应用

PVA热收缩薄膜具有优异的水溶性和生物降解性能,目前其生产方法主要有流涎法(湿法)和挤出吹塑法(干法),其热收缩工艺可分为一步法和两步法。PVA薄膜通过增塑改性可以降低结晶度,从而增加热收缩性能。其中,增塑改性工艺中的主要影响因素为增塑剂,拉伸工艺中的主要影响因素是拉伸温度和拉伸倍数,骤冷工艺中的主要影响因素是冷却温度及受冷均匀,收缩工艺中的主要影响因素是热收缩温度。PVA热收缩薄膜的市场应用空间较大,其研究方向主要为新型绿色可降解热收缩包装薄膜。     

Compressive and flexural behavior of carbon fiber-reinforced PPS composites at elevated temperature

ABSTRACT

The effect of temperature on the mechanical behavior of carbon fiber reinforced polyphenylenesulfide (PPS) composites was investigated by compressive and flexural tests from ambient temperature up to 150°C. The failure morphologies of the C/PPS composites were analyzed to identify the variation of failure modes. Related results showed that the mechanical behavior of C/PPS composites decreased severely with the increase of temperature due to the softening of matrix. The PPS resin film tensile test was carried out and the PPS matrix behavior was recognized as the main factor to dominate the mechanical behavior of composites under compressive/flexural loading at elevated temperatures. It can be found that there was an approximate linear relationship between the compression properties of C/PPS composites and the PPS matrix. The dependence of failure modes of composites on temperatures was closely related to the mechanical behavior of PPS matrix.     

热处理对玻璃纤维布/聚苯硫醚非织造布复合板材力学性能的影响

以玻璃纤维布和聚苯硫醚（PPS）非织造布分别作为增强体和树脂基体原料,采用热压成型法制备出玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材,然后在烘箱中进行热处理。利用万能试验机（Instron）、XRD、偏光显微镜（PLM）和SEM等手段对玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材的力学性能、结晶度、晶粒类型和尺寸及微观形貌等进行了测试和表征。结果表明：随着热处理温度和时间的提高,玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材的弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度得到明显提高。当热处理温度为220℃、热处理时间为2 h时,其力学性能最佳,其弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度分别达到285.7 MPa、7.8 GPa和85.0 MPa。和未进行热处理的玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材相比,分别提高了63.2%、469.0%和37.8%。微观形貌结果表明,玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材界面粘结得到了明显改善。     

PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料内耗行为的研究

本工作利用内耗测量方法研究了PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料的相容性以及多重转变和松弛行为,结果表明:(1)PPS与PES存在分子运动水平上的相互作用,共混组份比是决定其相互作用程度的重要因素;(2)PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料中的PES相的β转变与松弛的时间存在较宽的连续分布,其分布宽度随共混组份比变化而变化,当PES相对含量为80%时,松弛时间分布宽度出现最大值;(3)PPS/PES共混物及其碳纤维复合材料处于热力学亚稳态,热处理增大了PPS与PES的相分离程度,减弱了它们之间的相互作用;(4)低温区热历史对PPS玻璃化转变有较大影响,内耗峰高及峰温随起始测量温度的升高而下降。     

The cold drawing of amorphous polyethylene terephthalate

The cold drawing of amorphous polyethylene terephthalate has been studied at constant strain rate over a wide range of temperatures for samples of different molecular weight and different initial molecular orientation (pre-orientation). The natural draw ratio was found to be dependent on pre-orientation, confirming previous studies, and for low degrees of pre-orientation it also decreased with increasing molecular weight or decreasing temperature of draw. For all samples, there was an excellent correlation between the degree of molecular alignment achieved, as determined by optical birefringence, and the draw ratio. The birefringence of any sample could be accurately predicted from the draw ratio on the basis of previously proposed theoretical models for the development of molecular orientation.     

Characterization of fatigue behavior of long fiber reinforced thermoplastic (LFT) composites

Fatigue behavior of long fiber reinforced thermoplastic composites (polypropylene/20 vol.% E-glass fiber) is presented in terms of stress – number of cycles to failure curves. Samples tested along longitudinal direction showed a higher fatigue life than the transverse samples which can be explained by the preferential orientation of the fibers along the longitudinal direction developed during the processing. Fatigue life decreased with increase in frequency. Hysteretic loss and temperature rise were measured; they depended on the stress amplitude as well as the cyclic frequency. Long fiber reinforced thermoplastic composite showed a lower temperature rise compared to unreinforced PP because long fiber reinforced thermoplastic has higher thermal conductivity than unreinforced PP and thus faster heat dissipation to the surroundings occur. The hysteretic heating also led to decrease in the modulus of long fiber reinforced thermoplastic as a function of number of cycles due to the softening of the matrix during fatigue cycling and depended on stress amplitude and frequency of the test.